Этот научный проект научит студентов тому, как силы притягивают или толкают друг друга, вызывая землетрясение. Любой ученик начальной школы, от детского сада до шестого класса, с удовольствием узнает, как происходят землетрясения с помощью этого проекта.
Исследование сил землетрясений
Землетрясения являются разрушительными стихийными бедствиями и разрушают имущество сильными сейсмическими волнами. Чтобы предотвратить обрушение зданий, многие инженеры строят структурный каркас, способный противостоять интенсивным сейсмическим волнам.
Материалы
Чтобы создать свои «здания», начните со сбора следующих материалов:
- Две пластины из пенопласта диаметром 16 см.
- Миниатюрные зефирки
- 6 или более 2-сантиметровых палочек для рукоделия
- 6 или более палочек для рукоделия диаметром 1 см
- Правитель
- Карандаш
- Четыре книги (примерно одинаковой ширины)
Инструкции для прочной рамы
Начните с создания прочного каркаса для вашего здания.
- Отложите несколько миниатюрных зефирок.
- Переверните пластины из пенопласта.
- Сверху на каждой тарелке сделайте четыре отверстия карандашом.
- Начните строить, используя один или два зефира в качестве нижней части 2-сантиметровой палочки для рукоделия.
- Поместите его поверх отверстия, которое вы сделали в пластине из пенопласта.
- Дайте зефиру аккуратно застыть на тарелке и продолжайте с другими тремя 2-сантиметровыми палочками для рукоделия.
- Убедитесь, что каждая палка установлена, так как это основа каркаса здания.
- Повторите с дополнительными палочками для рукоделия.
- Используйте столько палочек для рукоделия, сколько хотите, и продолжайте строить.
Инструкции для нестабильной платформы
Используйте миниатюрные зефирки, чтобы построить фреймворк, подобный стабильному фреймворку выше.
- Переверните пластину из пенопласта лицевой стороной вниз.
- Начните сборку, используя один или два миниатюрных зефира для 1-сантиметровой палочки.
- Аккуратно поместите его поверх пластины из пенопласта, как в предыдущем разделе.
- Продолжайте строить, используя столько палочек и зефира, сколько захотите.
Моделирование сил при землетрясениях
Мир состоит из множества динамичных кусочков, как мозаика. Части головоломки называются континентальными плитами, которые переплетаются вокруг земного шара. Когда экстремальные силы сталкиваются, скользят или сдвигают друг друга, начинают возникать землетрясения.
После того, как вы завершили создание прочного и непрочного каркаса, пришло время смоделировать силы землетрясения. В этом моделировании будут рассмотрены три типа сил при землетрясениях: силы сжатия, растяжения и сдвига.
- Соберите четыре книги одинаковой ширины и положите их на прочную поверхность.
- Поставьте две книги рядом и положите сверху другой набор книг.
- Поместите одну из строительных конструкций между книгами (начните со здания из 2-сантиметровых палочек).
- Перемещайте книги бок о бок, используя силы сдвига.
- Затем аккуратно столкните книги, имитируя силы сжатия.
- Наконец, раздвиньте книги, чтобы увидеть, что происходит с созданием здания, демонстрируя силы натяжения.
- Повторите то же самое для здания с помощью 1-сантиметровых палочек для рукоделия.
- Для каждого типа силы запишите свои наблюдения. Как каждый тип силы по-разному влияет на каждое здание?
Что случилось?
Удалось ли вам определить, какой тип каркаса здания выдерживает различные нагрузки? При моделировании эффектов сжатия, сдвига и растяжения вы могли заметить, что каркас здания толщиной 1 см плохо удерживался на месте при любом моделировании. Вы, возможно, также заметили, что структура имела тенденцию падать по-разному в зависимости от типа прилагаемой силы. При сжатии конструкция склонялась к падению на одну сторону. От напряжения здание, вероятно, провалилось на середину или разорвалось на части. Под действием напряжения сдвига конструкция, вероятно, скрутилась или разорвалась перед тем, как упасть.
Вызов
Теперь, когда вы узнали о том, как силы землетрясения влияют на различные здания, продвиньтесь в лаборатории на шаг вперед.
- Можете ли вы спроектировать конструкцию, которая выдержит все эти смоделированные силы? Постройте еще три сооружения из тех же материалов и протестируйте их.
- Исследуйте реальные землетрясения и узнайте, как архитекторы проектируют здания, чтобы выдержать сейсмические волны, создаваемые землетрясением.
- Можете ли вы разработать симуляцию, которая больше или точнее представляет масштабируемую силу?
Каркас здания достаточно безопасен для землетрясений
Конечно, в зависимости от силы, которую вы прикладывали, результаты могут отличаться. Однако неустойчивый каркас не обеспечивает безопасности во время землетрясения. На самом деле, инженеры проектируют сейсмобезопасные здания, жилые дома и дороги, чтобы выдерживать интенсивные поверхностные сейсмические волны. Помните также, какими бы разрушительными ни были землетрясения, они также являются частью различных форм рельефа по всему миру.